北卡羅來納大學夏洛特分校和史密森尼保護生物學研究所的研究小組在11月份的Theriogenology雜志上發(fā)表的一篇論文中宣布，首次使用快速微波脫水方法成功干燥和補液家貓精子。該論文的作者，來自北卡羅來納大學夏洛特分校的Jennifer Patrick和Gloria Elliott以及來自SCBI的Pierre Comizzoli表明，再水化的精子具有最小的DNA損傷并且是可行的 - 它們能夠在體外產(chǎn)生胚胎。由于該組先前已經(jīng)成功生產(chǎn)了可存活的脫水貓卵，因此該發(fā)現(xiàn)顯示了在干燥狀態(tài)下保存貓生殖細胞的可能性。

通過脫水成功保存貓精子遠非神秘成就，是解決野生貓科動物生殖生物學中涉及的關鍵問題的潛在重要步驟。

許多生物學家和環(huán)境科學家認為，生物圈目前處于“第六次滅絕”的中間，這可能會導致地球上物種數(shù)量的大量減少和廣大生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。存在很大的風險，在不久的將來，對地球生物多樣性至關重要的物種可能滅絕或遺傳多樣性如此減少，以至于野生種群不可行。

如果有更多的皮蛋和精子“庫”，科學可能能夠迅速而成功地改善小動物種群的狀況?？茖W家可以簡單地使用生殖材料儲存，以穩(wěn)定的干燥形式保存，重新水合它們并創(chuàng)造一群有活力的胚胎。

為什么干生殖細胞?保存精子，卵子和胚胎供以后使用的想法并不新鮮，但通常優(yōu)選的保存技術是將這些材料冷凍。冷凍保存是一種用于保存生殖細胞和胚胎的成熟技術，但考慮到未來的不確定性，這種方法存在問題。在冰點溫度下儲存需要持續(xù)的能源供應，昂貴的技術和設施以及復雜的維護操作 - 所有困難且昂貴的事情需要長時間持續(xù)維護，特別是在偶爾的不利條件下。

大自然提出了另一種可能更強大的解決方案：脫水過程中的細胞停滯。植物，真菌和細菌通常這樣做，將它們的遺傳物質放在孢子，孢囊，花粉和種子中，使其保持短時間保存 - 有時甚至更長的時間尺度 - 并允許它在遠距離運輸同樣。

生活在惡劣沙漠和其他極端環(huán)境中的一些動物 - 例如鹽水蝦和緩動劑(“水熊”) - 也開發(fā)了將其生物學置于脫水停滯狀態(tài)的能力，有時長期使用。他們通過在細胞中產(chǎn)生和積累高濃度的二糖(如海藻糖)來實現(xiàn)這一目標，這取代了脫水過程中失去的水分并固化成玻璃 - 一種非常高粘度的液體，可以阻止化學活性并固定酶 - 環(huán)境溫度冷凍細胞結構和活性，琥珀中冷凍的昆蟲的分子水平形式。

“當你考慮長期保存有機體時，你并不關心電氣中斷。洪水和其他天氣事件可能需要在脅迫下重新安置樣品，”Elliott指出。“冷凍樣品不易運輸，而如果你的樣品是干燥的包裝 - 就像干果或你在架子上的任何干貨一樣 - 你可以把你的收藏品放在一個袋子里然后走出門。這就是概念 - 不僅要保持低儲存成本，還要使標本易于運輸，便于標本的共用或重新安置。“

Elliott研究小組正在研究的保存方法包括將細胞懸浮在稀釋的海藻糖溶液中，然后通過溫和的微波輔助加熱過程去除水來濃縮它，以便形成海藻糖玻璃，在環(huán)境溫度下固定生物分子，類似于冷凍。

以前使用冷凍干燥技術將生殖細胞用海藻糖進行類似的干燥保存，但是微波輔助方法更快并且可以允許更廣泛地使用該技術。

“這使我們能夠將這些保存技術納入一些低資源環(huán)境 - 第三世界國家，如發(fā)展中國家，”Elliott說。“如果你考慮用于生物多樣性研究的標本 - 那些國家并沒有為這種收集而設立，這種保存方法開辟了這種可能性。”

這一發(fā)現(xiàn)還擴大了哺乳動物物種的范圍，這些物種的生殖細胞可以成功地進行干燥保存。以前的實驗已成功地在大鼠和小鼠中干燥保存精子和卵細胞，但嚙齒動物生殖細胞的生物學與其他哺乳動物(包括貓和人)的生物學顯著不同。在嚙齒動物中，精子細胞相對簡單并且主要僅包含雄性遺傳物質，而在貓和人類中它還包含中心體，細胞分裂所必需的細胞結構和胚胎的成功發(fā)育。由于中心體對于繁殖是至關重要的，并且由于精子是小的細胞結構，因此貓精子比嚙齒動物精子更難以保存。

“這是貓精子第一次完成，貓精子比嚙齒動物精子更接近人類精子，”Elliott指出。

“對老鼠進行了大量的工作，但是大鼠不一定是中心體遺傳的良好模型，這可能會影響生育能力。這就是為什么我們認為家貓模型對人類來說比嚙齒動物更好，這就是發(fā)現(xiàn)很重要，“她說。

該團隊再水合精子的繁殖成功率為6.5%，而新鮮精子的生殖成功率為15%，活力降低，但仍可用于保存目的。再水化的精子不能運動，但這對于生產(chǎn)有活力的胚胎也不是至關重要的。

“當我們?yōu)榱酥圃炫咛ザ稍锖蛢Υ鏄悠窌r，我們不必擁有完整的精子，因為我們將使用再水化樣品進行卵胞漿內(nèi)精子注射，”Elliott指出。“你不必擁有尾巴，你不必擁有完整的精子頭部 - 你基本上是注射了關鍵的精子成分。精子頭部不一定非常漂亮，但你必須確保某些關鍵成分是完整的，包括中心體。“

雖然這一發(fā)現(xiàn)是一個概念驗證，但在開發(fā)和驗證該技術方面仍有許多工作要做。艾略特指出，目前實現(xiàn)的干燥程度是否足夠高，無需任何冷藏即可長期保存，還有待進一步干燥是否可行，還有待觀察。一旦這些條件得到優(yōu)化，就需要進行測試以確保胚胎能夠成熟為健康的小貓。